一种阶梯轴零件的数控加工开题报告及文献综述

一、选题依据 1、研究领域 数控加工技术 2、论文（设计）工作的理论意义和应用价值 数控车床（NUMERICAL CONTROL SYSTEM）是指采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的一类机床。数控机床一般由输入输出设备、装置、伺服单元、驱动装置及电气控制装置 辅助装置、机床本体测量反馈装置等组成。它以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，成为先进制造技术中的一项核心技术。 零件的数控加工工艺流程通常为：零件图分析图样确定加工工艺过程编写工艺规程确定 NC 加工工序数值计算编写程序单机械 CAD机械 CAM程序校验制备控制介质首件试切调整程序及机床成批加工成品。 划分工序与加工路线的确定直接关系到数控机床的使用效率、加工精度、刀具数量和经济性等问题，应尽量作到工序相对集中，工艺路线最短，机床的停顿时间和辅助时间最少。安排工艺路线时除通常的工艺要求外，还要考虑以下因素： （1）保证加工质量，划分加工阶段 （2）合理安排热处理及表面处理工序 （3）数控加工工艺与普通工序的衔接 铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好、耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率并获得满意加工质量的前提条件。加工路线的选择主要应考虑： （1）尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产率； （2）保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求； （3）有利于简化数值计算，减少程序段的数目和编程工作量； （4）切削用量的具体数值应根据数控机床使用说明书的规定，被加工工件材料、加工工序以及其它工艺要求，并结合实际经验来确定。 数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。 阶梯轴零件的加工在机械制造业中占有很重要的地位，为提高零件加工精度和生产效率，应采用先进的加工方法。对于数控加工技术来说，工艺处理是其应用的重要环节，它关系到所加工出来零件的正确性与合理性，探讨数控加工的工艺规程12设计 问题，选择合理高效的加工方法和加工路线，对保证零件的加工质量，提高数控机床的使用效益和使用质量都有重要意义。 3、目前研究的概况和发展趋势 进入 20 世纪 90 年代以来，随着国际上计算机技术突飞猛进的发展，数控技术正不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就，使其朝着高速化、高精化、 复合化、智能化、 高柔性化及信息网络化等方向发展。整体数控加工技术向 CIMS（ 计算机集成制造系统）方向发展。 1.高速切削 受高生产率的驱使，高速化已是现代机床技术发展的重要方向之一。机床高速化既表现在主轴转速上，也表现在工作台快速移动和进给速度的提高，以及刀具交换、托盘交换时间的缩短上，并且具有高加（减）速率。 高速切削机床主轴的高转速减少了切削力，也减小了切削深度，有利于克服机床振动，排屑率大大提高，热量被切屑带走，传人零件中的热量减低，热变形大大减小，提高了加工精度，也改善了加工面粗糙度。因此，经过高速加工的工件一般不需要精加工。 2. 高精度加工 高精度加工实际上是高速加工技术和数控机床的广泛应用的必然结果。以前汽车零件的加工精度要求在 0.01mm 数量级上，但随着计算机硬盘、高精度液压轴承等精密零件的增多，精整加工所需精度已提高到 0.1m，加工精度进入了亚微米世界。提高数控设备的加工精度，除通过提高机械设备的制造精度和装配精度外，还可通过 减小数控系统的控制误差和采用补偿技术来达到。在减小 CNC 系统控制误差方面，通常采用提高数控系统的分辨率、以微小程序段实现连续进给、使 CNC 控制单位精细化、提高位置检测精度以及位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。在采用补偿技术方面，除采用齿隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术外，近年来设备的热变形误差补偿和空间误差综合补偿技术的研究已成为世界范围的研究热点。 3. 复合化加工 机床高速化主要是从提高机床的运行速度来提高机床的加工生产率，而机床的复合化加工则是通过增加机床的功能，减少工件加工过程中的多次装夹、重新定位、对刀等辅 助工艺时间，来提高机床利用率的，因此复合化加工是现代机床技术发展的另一重要方面。 4. 控制智能化 随着人工智能技术的不断发展，并为满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控技术智能化程度不断提高，具体体现在以下几个方面： （1）加工过程自适应控制技术 （2）加工参数的智能优化与选择 （3）故障自诊断功能 （4）智能化交流伺服驱动装置 5. 互联网络化 随着信息技术和数字计算机技术的发展，尤其是计算机网络的发展，世界正在经历着一场深刻的“革命”。在以网络化、数字化为基本特征的时代，网络化、数字化以及新的制造哲理深刻地影响新世纪的制造模式和制造观念。 6. 计算机集成制造系统 计算机集成制造反映了制造系统的这一新发展。计算机集成制造系统则是技术上的具体实现，它能为现代制造企业追求在激烈变化中、动态市场条件下，具有快速、灵活响应的竞争优势提供所要求的战略性系统技术。 计算机集成制造系统的发展可以实现整个机械制造厂的全盘自动化，成为自动化工厂或无人化工厂，是自动化制造技术的发展方向。 二、论文（设计）研究的内容 1.重点解决的问题 （1）阶梯轴工艺规程的设计、优化 （2）数控加工工序及编程 2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路） 通过查阅资料，首先介绍说明数控加工的意义，以及国内外数控加工现状和以后的发展趋势。重点突出分析数控加工工艺及编程等。 论文写作大纲： 1. 绪 论 1.1 数控加工在机械制造业中的地位和作用 1.2 数控加工技术的特点 1.3 数控加工的内容 1.4 数控加工技术的发展趋势 2. 数控加工工艺的特点和内容 2.1 数控加工工艺的基本特点 2.2 数控加工工艺的主要内容 3. 零件图的分析 3.1 零件图的绘制 3.2 尺寸的分析 3.3 图样工艺分析 4. 数控加工工艺路线的设计 4.1 毛坯材料的选择 4.2 选择机床 4.3 定位基准的选择 4.4 工艺路线的拟定 4.5 刀具的选择和切削参数 4.6 夹具的选择与类型 5. 零件的加工工序及编程 5.1 数控加工工序 5.2 数控加工程序的编写 6. 仿真模拟运行 7. 总结 3.本论文（设计）预期取得的成果 （1）数控加工工艺方案 （2）数控加工工序编程 三、论文（设计）工作安排 1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）； 对数控加工方法进行研究，编写合适的数控加工程序，从而实现对零件的数控加工工作。 2.论文（设计）进度计划 第 1 2 周：查阅相关文献资料，了解设计内容，初步方案设计； 第 3 4 周：总体方案设计，撰写开题报告； 第 5 7 周：完成数控加工分析设计方案； 第 8 10 周：确定参数及编写数控加工程序； 第 1114 周：仿真模拟运行，撰写设计说明书； 第 15 周：完善毕业设计各项内容，准备答辩； 四、需要阅读的参考文献 1 姬生峰.带锥面阶梯轴类零件加工工艺分析，【J】机械工程师2014/06 2 高寿命阶梯轴的最新设计,【J】中国高校技术市场1995/02 3简建帮.基于 MBD 和特征的飞机结构件数控加工方法【J】机械科学与技术2011/05 4陈晓梅.数控加工尺寸在线检测技术的研究与应用【J】电子机械工程2006/03 5孔马斌.基于等距曲面的弧面凸轮单侧面数控加工刀位优化算法【N】机械工程学报2008/11 6 郭旺.飞机结构件的数控加工技术研究，【J】机械制造与自动化2005/01 7 李苏渊.数控加工刀具变形误差补偿技术研究【J】计算机仿真、2011/01 8 Alberto Boschetto, Luana Bottini, Francesco Veniali.Finishing of Fused Deposition Modeling parts by CNC machiningRobotics and Computer Integrated Manufacturing2016, Vol.41 9Jihao Duan, Youmin Zhang, Yaoyao Shi.Belt grinding process with force control system for blade of aero-engineProceedings of the Institution of Mechanical Engineers2016, Vol.230 (5) 10 Julien Chaves-Jacob, Grard Poulachon, Emmanuel Duc.Optimal strategy for finishing impeller blades using 5-axis machiningThe International Journal of Advanced Manufacturing Technology2012, Vol.58 (5), pp.573- 583 11 张耀宸.机械加工工艺手册【M】，北京：航空工业出版社.1993 12 孙本绪、熊万武.机械加工余量手册【M】，北京：国防工业出版社 1999 13 张超英.数控机床加工工艺编程及操作实训【M】，北京：高等教育出版社.2003 附：文献综述文献综述随着我国改革开放，我国的制造业高速发展，数控机床被广泛应用于生产造业中，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控机床在制造业占有不可缺少的位置。但我国数控机床的生产起步晚，与发达国家相比还有一定差距，因此需要改进的地方还很多。盛伯浩在我国数控机床现状与发展策略一文中指出： 我国数控机床产量持续高速增长，工具市场需求和技术发展趋势。应重点推进高效、精密为核心的数控机床“m”级工程，加强发展高性能、高可靠性数控功能部件，积极开展复合加工机床、超精密机床和可重构造系统工程化研究等相应的关键技术。 数控加工柔性好，自动化程度高，特别适宜加工轮廓形状复杂的曲线，曲面零件，以及具有大量孔、槽加工的复杂箱体，棱体零件，在多品种、小批量生产情况下，使用数控机床加工能获得较高的经济效益。其具体特点如下： （1）自动化程度高，具有很高的生产效率。 （2）对加工对象的适应性强。 （3）加工精度高，质量稳定。 （4）易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。 对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。 1、适于数控加工的内容 在选择时，一般可按下列顺序考虑： （1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容； （2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容； （3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。 2、不适于数控加工的内容 一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工： （1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容； （2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦， 效果不明显，可安排通用机床补加工； （3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以 FMS 模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 2001 年，我国机床工业产值已进入世界第 5 名，机床消费额在世界排名上升到第 3 位，达 47.39 亿美元，仅次于美国的 53.67 亿美元，消费额比上一年增长 25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001 年进口机床跃升至世界第 2 位，达 24.06 亿美元，比上年增长27.3%。 近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。 制造业是国民经济的命脉，机械制造业又是制造业中的支柱与核心。在现代社会生产领域中，计算机辅助设计、计算机辅助制造、计算机辅助管理以及将它们有机地集成起来的计算机集成制造(CIM)已经成为现代企业科技进步和实现现代化的标志。用计算机辅助制造工程技术对我国传统产业进行改造，是我国制造业走向世界、走向现代化的必由之路。在国际竞争日益激烈的今天，作为计算机辅助制造工程技术基础的数控加工技术在机械制造业中的地位显得愈来愈重要。现在很多工业发达国家的数控化率可达 30%以上，数控机床已成为机械制造业的主要设备。我国从1958 年开始研制和使用数控机床，至今在数控机床的品种、数量和质量等方面得到了长足的发展。特别是在改革开放以来，我国数控机床的总拥有量有了显著的增 加。数控加工技术的应用和普通机床的数控化改造已成为传统机械制造企业提高竞争力、摆脱困境的有效途径。 进入 20 世纪 90 年代后，国家科委、各工业部门都十分重视先进制造技术的应用，积极鼓励和扶持制造企业采用数控加工技术进行技术改造，提高企业工艺技术水平。经国务院批准，自 2000 年 9 月 1 日起执行的当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录是国家引导经济结构战略性调整， 改善投资结构以及审批投资项目的主要依据之一，其中确定 CAD、CAT、CAM、CAE 系统，高速、精密数控机床等为国家重点鼓励发展的产品和技术。 可以预见，在今后几年，适合我国国情的数控加工技术将形成一个新兴的高科技产业，成为新的经济增长点。